의과대학 이승현 교수·응용과학대학 심서영 학생, 새로운 단백질 분석 방법 개발
기존보다 3배 이상 많은 단백질 검출하고 기관지폐포세척액 활용의 우수성 입증
“큰 프로젝트의 첫발··· 폐암 진단키트 개발하는 것이 최종목표”

의학기술의 발달로 기대수명이 증가하고, 다양한 질병 치료가 가능해졌는데도 ‘암(癌)’은 여전히 인류의 난제로 남아있다. 통계청에 따르면 한국인의 사망원인 1위가 바로 암이다. 그중 폐암은 우리나라 암 발병률 2위, 암으로 인한 사망원인 1위에 달하며 폐암 환자 10명 중 7~8명이 발병 5년 안에 사망한다.

폐암 치료가 어려운 것은 환자의 종양에 유전적 특성이 다양한 암세포가 섞여 있고 치료에 내성이 있기 때문이다. 진단도 쉽지 않다. 폐에 신경이 없어 다른 장기로 전이돼야만 증상을 확인할 수 있고, 폐암 진단을 위해서는 침습적 조직검사(칼이나 바늘 같은 도구를 사용해 조직을 채취한 다음 진행하는 검사법)를 해야 하는데 이 과정에서 출혈, 감염 등의 위험이 따른다는 것이 그 이유이다.

이런 가운데 최근 의과대학 이승현 교수와 응용과학대학 심서영(응용화학과 15학번) 학생이 폐암의 바이오마커 검출을 위한 새로운 단백질 분석 방법을 개발했다. 이들의 연구 결과는 단백체 분석 분야의 권위 있는 학술지인 <Proteomics-Clinical application>에 온라인 게재됐다.

고농도 단백질 제거하고, 샘플을 분획시켜 민감도 크게 향상
이번 연구는 기관지폐포세척액(Bronchoalveolar Lavage Fluid, BALF)을 활용했다. 기관지폐포세척액은 폐포에 생리식염수를 주입하고 회수한 액체로 세포성분과 단백질 등이 담겨있어 폐 질환 및 호흡기질환 진단에 활용되고 있지만, 민감도가 떨어진다는 한계가 있었다.

그래서 폐암의 바이오마커 후보군(단백질) 검출을 높이기 위해 채취한 기관지폐포세척액에서 항원항체반응을 통해 알부민(Albumin), 면역글로불린G(IgG)와 같은 14종의 불필요한 고농도 단백질을 제거했다. 이후 단백질 분해효소인 트립신(Trypsin)을 사용해 단백질을 펩타이드로 분해하고, 샘플을 24개로 분획시켜 질량 분석(LC-MS/MS)했다.

그 결과 기존의 분석 방법보다 3배 이상 많은 4,615개의 단백질을 검출해냈으며, 그중 폐암에 특이적인 단백질 748개를 확인했다. 특히 기관지폐포세척액을 활용했을 경우 혈장에서는 검출되지 않은 3,000여 개의 단백질을 추가로 검출해내며 폐암의 바이오마커를 발굴하는 데도 혈장보다 더욱 우수하다는 사실을 입증했다.

이승현 교수는 “불필요한 고농도 단백질을 제거하고, 샘플을 24개로 분획시키는 방법을 동시에 적용함으로써 기존보다 민감도를 크게 높였다”고 설명하며 “이번 연구는 현재 대구경북과학기술원(DGIST)에 계신 김민식 교수와 공동으로 진행했다. 전반적인 실험은 심서영 학생이 맡았다. 향후 폐암의 조기진단 및 치료를 위한 바이오마커 발굴에 큰 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

이승현 교수와 심서영 학생이 새로 개발한 단백체 분석기법 모식도. 채취한 기관지폐포세척액에서 불필요한 고농도 단백질을 제거하고(1, 2, 3), 단백질을 펩타이드로 분해한다(4). 이후 샘플을 24개로 분획시켜 질량 분석을 하게 되는데(5, 6) 이 분석기법을 활용할 경우 기존보다 3배가량 많은 단백질을 검출할 수 있다.

학부생으로서 연구의 전반적인 실험 진행··· 우수한 학부 교육과정으로 꿈 이뤄
이번 연구의 모든 실험은 응용화학과 학부생인 심서영 학생이 진행했다. 그는 “큰 연구에 참여하게 돼 영광이면서도 ‘생각한 대로 결과가 나오지 않으면 어떡하지’라는 불안감이 있었다. 학부생이다 보니 수업과 과제, 시험을 치르는 동시에 실험을 진행하기가 쉽지 않았다”고 말했다.

심서영 학생은 응용화학과 4학년 교과과정 중 ‘유기 및 생화학연구(Organic & Biochemistry Research)’를 활용해 학기 중에도 효율적으로 실험을 진행했다. 유기 및 생화학연구 과목은 그간 배운 유기화학 및 생화학 분야의 이론, 지식을 바탕으로 관련 연구·활동에 참여할 기회를 제공하는 과목이다.

그는 “개인적으로 1학년 때부터 차근차근 밟아온 학부 교육과정의 결실이라고 생각한다”며 “지도교수님이셨던 김민식 교수님을 비롯해 연구실에 계신 선배들의 조언과 도움을 받아 실험을 잘 진행할 수 있었다. 이제 졸업을 앞두고 있는데 학부에 입학할 때 ‘질병 치료를 위한 연구를 하고 싶다’고 마음먹었는데, 이번 연구로 그 꿈을 실현한 것 같아 보람차다”고 소감을 밝혔다.

“폐암 진단키트 개발까지 연구 지속할 것”
이승현 교수와 심서영 학생은 이번 연구가 끝이 아니라고 입을 모았다. 이번 연구로 입증한 분석기법을 활용해 실제 폐암의 바이오마커를 찾아내고, 궁극적으로는 폐암 진단키트까지 개발하겠다는 것.

심서영 학생은 “대학원에 진학해 관련 연구를 이어갈 계획이다. 앞으로도 김민식, 이승현 교수님과 공동연구를 통해 폐암 진단·치료 방법을 찾고, 단백질 분석기법 개선에 이바지하고 싶다”는 포부를 전했다.

심서영 학생은 “이번 연구를 통해 학부에 입학할 때 ‘질병 치료를 위한 연구를 하고 싶다’고 생각한 꿈을 실현할 수 있었다”며 대학과 여러 교수님, 선배들에게 감사의 마음을 전했다.

글 한승훈 aidenhan213@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr

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